[論文レビュー] Neutrino Mixing and Oscillations in Quantum Field Theory

Eleonora Alfinito, Massimo Blasone+2 more|ArXiv.org|Jan 29, 1996

Quantum and Classical Electrodynamics参考文献 7被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、ニュートリノの混合と振動を記述する量子場理論フレームワークを提案し、場の混合がコherentな真空状態を生成することを示した。これにより、振動振幅は運動量および質量に依存する抑制が生じる。修正された振動式は相対論的極限において標準的な式に還元され、高エネルギーおよび天体物理学的文脈における実験的データ解釈に影響を及える可能性を有する、ニュートリノ振動の素性に新たな理論的基盤を提供する。

ABSTRACT

We show that the generator of field mixing transformations in Quantum Field Theory induces a non trivial structure in the vacuum which turns out to be a coherent state, both for bosons and for fermions, although with a different condensate structure. The Fock space for mixed fields is unitarily inequivalent to the Fock space of the massive (free) fields in the infinite volume limit. As a practical application we study neutrino mixing and oscillations. A new oscillation formula is found where the oscillation amplitude is depressed, with respect to the usual one, by a factor which is momentum and mass dependent. In the relativistic limit, the usual formula is recovered. We finally discuss in some detail phenomenological features of the modified oscillation formula.

研究の動機と目的

• 標準的な有効ハミルトニアンアプローチを超えた、一貫性のあるニュートリノ混合の量子場理論的定式化を構築すること。
• 無限体積極限における場の混合の存在下での真空の構造を調査すること。
• 混合変換によって誘導される非自明な真空構造を考慮に入れた、修正されたニュートリノ振動式を導出すること。
• 修正された振動振幅の素性的意味を、特に相対論的および非相対論的領域で分析すること。
• 無限体積極限において、混合場のフォック空間と自由な質量を有する場のフォック空間とのユニタリ非同値性を確立すること。

提案手法

• 場の混合変換の生成子を量子場理論で導出し、それがコherentな真空状態を誘導する役割を示す。
• 混合場のフォック空間構造を分析し、無限体積極限において自由な質量を有する場のフォック空間とユニタリ非同値であることを証明する。
• 形式的枠組みをニュートリノ混合に適用し、フレーバー状態を質量状態の重ね合わせとして記述する場理論的記述を構築する。
• 修正された真空および場演算子を用いて振動振幅を計算し、運動量および質量に依存する抑制因子が現れることを明らかにする。
• 新しい振動式を導出し、その漸近的挙動を検討し、相対論的極限で標準的な式に回復することを示す。
• 修正された式の素性的分析を行い、従来の振動予測と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子場理論において、場の混合変換の下で真空構造はどのように変化するか？
• RQ2 無限体積極限において、混合場のフォック空間と自由な質量を有する場のフォック空間との関係は何か？
• RQ3 非自明な真空構造は、場理論的枠組みにおけるニュートリノ振動振幅にどのように影響するか？
• RQ4 この場理論的アプローチから導かれる振動式の形は何か？ そして、標準的な式とはどのように異なるか？
• RQ5 どのような運動論的領域で、修正された式が従来のニュートリノ振動式に還元されるか？

主な発見

• 場の混合変換によって誘導される真空は、ボソンおよびフェルミオンの両方においてコherent状態であり、特徴的な凝縮構造を有する。
• 無限体積極限において、混合場のフォック空間は、自由な質量を有する場のフォック空間とユニタリ非同値である。
• 標準的な式と比較して、振動振幅は運動量および質量に依存する因子によって抑制される。
• 相対論的極限において、修正された振動式は標準的なニュートリノ振動式に還元される。
• 修正された式の素性的意味は、特に非相対論的または低運動量領域で、振動確率に補正が生じる可能性を示唆する。
• この形式的枠組みは、有効ハミルトニアンモデルを超えて、真空構造の効果を組み込んだニュートリノ混合の場理論的基盤を提供する。